AC-13C沥青混合料劈裂疲劳损伤试验二维数值模拟

沥青混合料受非均匀性细观结构影响,其刚、强度力学特性易发生变化,为分析受细观结构影响的沥青混合料力学疲劳损伤特性,本研究从细观尺度出发,结合室内劈裂试验结果,利用有限元软件建立二维数值模型分析沥青混合料的力学与疲劳损伤特性。结果表明:在沥青混合料疲劳损伤过程中,粗集料尖角附近应力集中现象明显,疲劳损伤往往先在粗集料尖角处发生;AC-13C数值模型应充分考虑2.36 mm以上的粗集料,并在细观尺度上说明2.36 mm作为AC-13C粗细集料分界线的可行性。     

基于抗车辙稳定性的多孔沥青混合料级配优化

为了对多孔沥青混合料进行级配比选和优化,基于离散单元方法建立粗集料骨架结构的力学模型,对空隙率相近但级配不同的PAC-13骨架结构进行虚拟试验,并通过粗集料的CBR,混合料的车辙、剪切、飞散、劈裂等室内试验进行验证.试验结果表明:空隙率相近但级配不同的多孔沥青混合料骨架结构的力学性能、高温稳定性、抗飞散性能差异显著;对于PAC-13,将9.5～16mm和4.75～9.5mm的颗粒含量之比定义为粗值,粗值大有利于混合料的高温性能,粗值小有利于混合料抵抗飞散;推荐PAC-13的最佳粗值区间为0.8～1.1,并根据这一指标优化了多孔沥青混合料的级配范围,将9.5mm筛孔通过率由60%～80%调整为56%～68%;优化后粗集料骨架结构的力学性能和混合料的抗车辙稳定性显著提高.     

沥青混合料抗剪强度的影响因素

为了研究沥青混合料抗剪强度的影响因素,基于单轴贯入试验,在温度为60℃时,直接对集料级配、集料性质、沥青性质、含油量、空隙率以及均匀对沥青混合料抗剪强度的影响进行研究.研究结果表明:集料级配和公称最大集料粒径对沥青混合料抗剪强度有显著的影响;沥青混合料抗剪强度受其集料中针片状含量的影响较大,集料中针片状含量增大,沥青混合料抗剪强度减小;结合料的性质,特别是针入度、软化点和粘度对沥青混合料抗剪强度有较大的影响,随着针入度减小,软化点和粘度增大,沥青混合料抗剪强度增大;含油量对沥青混合料抗剪强度有较大影响,随着油石比的增大,沥青混合料抗剪强度减小;沥青混合料抗剪强度受其空隙率的影响较大,一般随着空隙率的增大,其抗剪强度减小;沥青混合料均匀性与沥青混合料抗剪强度绝对数值间没有明显的关联,而与数值间的变异性有着很好的相关性.     

基于单轴贯入试验的沥青混合料抗剪性能影响因素分析

为了确定沥青品种及用量、级配类型、公称最大粒径和孔隙率等因素对沥青混合料抗剪性能的影响,采用了单轴贯入试验分析。得出了各项因素对沥青混合料抗剪性能的影响规律。结果表明,采用改性沥青后混合料抗剪强度可提高22%~25%;2.36 mm筛孔通过率为35%,0.075 mm筛孔通过率为5.5%时混合料抗剪强度达到最大值;沥青混合料抗剪强度与公称最大粒径具有线性相关性,增大混合料粒径有助于提高其抗剪强度。     

沥青混合料级配优化设计

为了优化沥青混合料（HMA）集料级配，提高路面抗车辙性能，延长路面使用寿命，应用粗集料单因素骨架密实性检验和贝雷法相结合的研究方法，研究了集料质量分数、粗集料比例（CA）值、关键筛孔通过率对级配骨架的影响。结果表明：兰州辉长岩AC-16粗集料骨架结构的最优配比为5．4（19～16mm）：30．6（16．0～13．2mm）：24（13．2～9．5mm）：40（9．50～4．75mm），优化的骨架集料级配的CA值为0．67。对该级配和常规密级配沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性等路用性能进行了对比研究，证实了优化级配具有更优良的路用性能。     

矿料强嵌挤骨架密实级配的PFC2D数值试验研究

为了充分优化矿料级配,应用PFC2D构建了矿料密实度和加州承载比(CBR)的数值试验方法,在可靠性验证的基础上,分析了合成粗集料、合成细集料、粗细混合集料的密实度和CBR变化规律,提出了矿料强嵌挤骨架密实级配,并对其力学性能进行了室内试验验证.结果表明:19～31.5mm集料、9.5 ～ 19mm集料和4.75～ 9.5 mm集料3种规格粗集料的最佳质量比分别为70∶20∶10、60∶30∶10、60∶20∶20和50∶30∶20,2.36 ～4.75mm集料、0.6 ～2.36mm集料和0.6mm以下集料3种规格细集料的最佳质量比为38.5∶16.5∶45、33∶22∶45、36∶24∶40和30∶30∶40,粗细混合集料的最佳比例为65∶35;由矿料强嵌挤骨架密实级配组成的级配碎石的CBR值和抗压强度分别为规范级配的1.16倍和1.12倍以上,证明该级配具有良好的力学性能.     

基于集料接触特性的沥青混合料抗车辙性能评价

基于数字图像技术对沥青混合料的粗集料接触点数与集料倾角进行了分析,采用沥青路面分析仪评价了添加不同沥青的AC-13F、AC-13C与SMA-13混合料的抗车辙性能,并以粗集料初始接触点数以及沥青软化点为变量建立了车辙深度预估模型,定义了用于级配选择的混合料最佳接触点数以及最小接触点数.结果表明:混合料的高温稳定性可以采用粗集料接触数量以及倾角变化量进行评价,沥青性能主要影响接触点与倾角的变化量;将接触点数量引入混合料的设计中作为级配选择的参考,可提高沥青混合料的抗车辙性能.     

橡胶沥青混合料SAC-13级配空隙率变化分析

在普通沥青的多碎石沥青混凝土(SAC)设计的基础上,以空隙率为研究变量,采用固定油石比,再微调级配的方式,深入对比了SAC-13级配变化的普通沥青和橡胶沥青混合料的空隙率影响规律.结果显示:对于普通SAC-13沥青混合料,油石比每增加0.5%,空隙率减小1%～1.5%,随着9.5～13.2mm粗集料含量增多,4.75～9.5mm粗集料含量减少,混合料粗集料间隙率呈递减之势;对SAC橡胶沥青混合料,建议9.5mm以上集料用量范围限定在30%～45%之间,4.75～9.5mm集料用量范围限定在20%～40%之间,且4.75mm以上粗集料总用量应达到60%以上,2.36～4.75mm集料含量不宜高于10%,且不宜使用过多矿粉;同样目标空隙率下,SAC-13橡胶沥青混合料的粗集料掺量应略低于普通沥青混合料;SAC-13橡胶沥青混合料中当2.36～4.75mm集料含量达到8%以后,随着该档料用量的增加,空隙率增幅明显高于普通沥青混合料,需严格控制此档料含量.     

红色石灰岩沥青混合料组成设计与应用

为了研究细集料材质对红色石灰岩沥青混合料的AC-25,AC-20组成设计及性能的影响，选择密实型粗颗粒断级配，通过车辙试验检验其高温稳定性，采用多次冻融循环劈裂试验检验其水稳定性，利用不同温度下的黏聚力和内摩擦角评价其力学性能，并进行工程验证。结果表明：3.7%油石比下，相比石灰岩石屑，红色精品机制砂基质沥青混合料AC-25动稳定度相对提高了28.2%,冻融劈裂抗拉强度比相应更高；4.4%油石比下，相比黑色精品机制砂，红色精品机制砂SBS改性沥青混合料动稳定度相对提高了17.0%,冻融劈裂抗拉强度比也相应更高；不同温度下红色精品机制砂沥青混合料AC-25,AC-20黏聚力和内摩擦角试验结果相对增大；中、下面层红色精品机制砂沥青路面密实、抗变形能力强。红色石灰岩沥青混合料AC-25,AC-20应采用精品机制砂做细集料。     

粗细级配混合料抗永久变形能力评估

通过沥青路面分析仪 (APA)车辙试验 ,探讨精细级配沥青混合料的抗永久变形能力 ,并从沥青混合料体积结构与沥青膜厚度的角度对试验结果进行分析 .试验与分析结果表明 ,对于悬浮密实型结构的沥青混合料 ,粗集料空隙率与粗集料级配和混合料抗永久变形能力之间没有必然联系 ;细集料空隙率与细集料级配密切相关 ,影响混合料的设计沥青用量 ,从而对混合料抗永久变形能力产生显著影响 ;沥青膜厚度是影响混合料抗永久变形能力的主要因素 ,在超载作用条件下 ,沥青膜厚度和细集料空隙率对沥青混合料抗永久变形能力的影响尤为显著     

级配离析沥青混合料性能的试验研究

通过室内试验，分析混合料级配离析状态和离析程度对沥青混合料体积参数、路用性能和力学性能的影响．结果表明，在不同离析程度下，粗集料离析对沥青混合料性能的影响大于细集料离析的影响．在粗集料集中区域，由于空隙率过大，吸水性和渗水性增大，对沥青混合料的水稳定性极为不利，还将大幅度降低沥青混合料的疲劳寿命和强度．在细集料集中区域，压实空隙率过小，虽然对沥青混合料的水稳定性和抗疲劳性能无不利影响，但将使沥青混合料的抗车辙能力和抗滑性显著降低．     

3种AC-20沥青混合料的动态模量及其主曲线拟合与分析

为了探索沥青路面常用的AC-20沥青混合料的动态模量规律,采用相同料源的粗集料、细集料和矿粉配制了AC-20级配矿质混合料。以马歇尔试验方法确定的最佳油石比,配制了湖沥青改性沥青、SBS改性沥青以及70#基质沥青等3种沥青混合料。采用基本性能试验仪的沥青混合料单轴压缩动态模量试验方法进行了动态模量试验,并在此基础上运用时间-温度等效原理,采用NCHRP09-29提供的Mastersolver Version 2.2对阿伦尼乌斯方程中的参数进行拟合,建立了参考温度为20℃的3种沥青混合料动态模量主曲线。研究结果表明,湖沥青改性沥青AC-20和SBS改性沥青AC-20的动态模量主曲线始终位于基质沥青AC-20上方,说明沥青改性剂对混合料性能改善作用显著;湖沥青改性沥青AC-20和SBS改性沥青AC-20的动态模量主曲线存在逼近、交叉现象,说明不同改性沥青混合料性能表现出不同的适用范围。     

废胶粉/SBS复合改性沥青混合料CR/SHMA-13的级配研究

为了获得适用于废胶粉/SBS复合改性沥青混合料CR/SHMA-13的级配范围,以粗集料骨架间隙率及骨架强度为评价指标,通过粗集料逐级填充试验,确定了主骨架间粗集料各级粒径的最佳比例.采用体积设计法确定粗细集料占比,然后采用正交试验对CR/SHMA-13混合料的级配进行优化,根据极差分析结果推荐出适用于CR/SHMA-13混合料的级配范围.结果 表明:与AC-13,SMA-13混合料相比,CR/SHMA-13混合料的路用性能与SMA-13混合料的相当,但比传统AC-13混合料的要好.     

AC-20改性沥青混合料矿料级配优化研究

为了提高AC-20改性沥青混合料的抗车辙能力,应用Marshall正交试验设计方法,通过方差分析,研究了中面层改性沥青混合料矿料级配中各筛孔及其不同通过率与不同油石比对马歇尔性能指标的影响,提出了优化的SBS改性沥青AC-20混合料工程设计范围.研究结果表明,油石比、0.075 mm通过率对空隙率和饱和度影响都是高度显著的;0.075 mm、9.5 mm、2.36 mm筛孔通过率是影响毛体积相对密度和矿料间隙率的主要因素;9.5 mm筛孔通过率对马氏各性能指标影响作用较大;室内试验和工程实践证实了采用优化矿料级配具有更好的路用性能,70℃动稳定度接近4000次/mm,可应用于中国高速公路沥青路面中.同时对提高AC型沥青混合料设计水平具有现实意义.     

基于加速磨耗试验的钢渣-橡胶沥青混合料抗滑性能研究

为研究钢渣-橡胶沥青混合料的抗滑性能,通过钢渣替换不同比例粗集料的形式,设计控制试验变量,制备AC-13钢渣-橡胶沥青混合料(AC-13 Steel Slag-Rubber Asphalt Mixture,ASSAM),采用室内加速磨耗试验,研究了不同粗集料分维值的级配和不同钢渣掺量对ASSAM抗滑性能的影响;采用抗滑衰减率研究ASSAM的抗滑性能衰减程度;采用指数模型研究了ASSAM的抗滑衰变规律;基于抗滑性能研究结果推荐了ASSAM最佳钢渣掺量。结果表明：ASSAM短期抗滑性能和长期抗滑性能良好;减小级配粗集料分维值或增加钢渣掺量对其抗滑性能均有较好的提升作用,但减小级配粗集料分维值的作用更加显著;ASSAM的抗滑性能随钢渣掺量的增加而提高,结合其路用性能和体积安定性,推荐40%作为最佳的钢渣掺量。     

超薄磨耗层高黏高弹沥青混合料性能研究

为给超薄磨耗层提供一种性能优良的沥青混合料，通过优化级配并以高黏高弹改性沥青为胶结料研制骨架密实型高黏高弹沥青混合料。借鉴SAC( stone asphalt concrete）级配设计方法，以8 mm为集料最大粒径，改变4.75 mm筛孔通过率得到骨架嵌挤程度不同的3种SAC-7级配。通过室内试验和控制变量的方法，分析级配、沥青用量、压实度、粉胶比等对骨架密实型高黏高弹沥青混合料路用性能影响。研究表明：当高黏高弹沥青混合料中粗集料嵌挤程度≥90%，油石比在7.3%～7.9%，粉胶比在0.8～1.2时，沥青混合料综合性能最优。采用SAC设计方法设计的高黏高弹沥青混合料应用于超薄磨耗层具有优良的路用性能，能够满足高等级道路养护需求。     

基于离散元方法的沥青混合料虚拟三轴剪切试验三维模拟

基于离散元方法建立了沥青混合料的细观力学结构模型,并通过虚拟三轴剪切试验,模拟验证了该模型的合理性.首先,开发了基于方孔筛工作机制的粗集料生成算法,建立了不规则形状的颗粒,使得粗集料的形状控制多样化和精确化.然后,将具有实际纵向分布特征的空隙相引入到沥青混合料的细观结构模型中,取代了传统方法中空隙随机分布的处理模式.结合室内试验和虚拟试验,获取了中高温条件下的沥青砂浆接触本构模型参数.虚拟三轴剪切试验的模拟结果以及对沥青混合料抗剪强度的预测结果验证了建立的细观结构力学模型的合理性,离散元虚拟试件产生的剪切破坏和实际试件破坏形态一致,由虚拟试验得到的抗剪强度和实际结果基本吻合.     

高温湿热地区沥青混合料抗水损害性能评价

通过室内试验,分析了沥青混合料高温浸水和级配离析对沥青混合料抗拉强度的影响．针对残留马歇尔稳定度指标及冻融劈裂残留强度试验的不足,提出以浸水四点弯曲试验来评价高温湿热地区沥青混合料抗水损害性能,着重探讨了不同离析程度（不同空隙率水平）对沥青混合料劈裂强度、四点弯曲强度的影响．研究结果表明,随着沥青混合料离析程度的增加,空隙率向2个极端发展,严重粗集料离析和严重细集料离析时混合料的空隙率相差10％左右;粗集料离析对劈裂强度和弯曲强度的影响大于细集料离析的影响;为了保证沥青混合料的抗水损害性能,应严格控制空隙率在4．5％～10％范围之外．采用高温浸水四点弯曲强度比作为沥青混合料水稳定性评价指标更为合理．     

基于离散元的蓄盐沥青混合料低温劈裂试验分析

为了对比探究蓄盐沥青混合料低温劈裂下的细观特性，在室内劈裂试验的基础上，基于离散元随机生成算法，按照室内试验相应的级配比例和试验参数，分别构建了蓄盐沥青混合料和普通沥青混合料数学模型，并进行了数值模拟试验。通过改变粗集料形态、摩擦系数以及试件空隙率时，在细观层面对其劈裂强度、裂纹类型及数量等方面又进行了对比分析。实验表明:普通沥青混合料的劈裂强度明显高于蓄盐沥青混合料，且裂纹数目相对较少；当粗集料形态在中值时，可以获得较大的劈裂强度值，此时，其摩擦系数对混合料的劈裂强度影响不大，而且，随着空隙率的减小，劈裂强度还会有所提高。宏观和细观试验研究认为:添加蓄盐材料后对混合料的低温抗裂性能会有一定劣化影响；沥青混合料的空隙率与劈裂强度为负相关，而集料的摩擦系数对劈裂强度没有显著影响。当沥青混合料中集料的形态和空隙率适当时，可以获得较好的低温性能。研究成果对于融雪路面的推广和应用具有实际意义。     

沥青混合料用集料的选择与级配组成优化设计

沥青混合料中粗集料和细集料的特性及其级配组成决定了混合料的路用性能。本文通过深入分析集料在沥青混合料中的作用机理、技术要求和质量标准,提出从资源特性和加工特性两方面控制和选择好粗集料和细集料,同时,应根据不同地区工程条件和沥青面层位优化集料级配组成。